面向網(wǎng)絡制造數(shù)據(jù)共享的分離映射法

吳豪,顧立志,洪琦

(華僑大學機電及自動化學院,福建泉州 362021)

面向網(wǎng)絡制造數(shù)據(jù)共享的分離映射法

吳豪,顧立志,洪琦

(華僑大學機電及自動化學院,福建泉州 362021)

研究ISO標準STEP-NC的描述語言——EXPRESS到XML的映射機制,提出面向網(wǎng)絡制造數(shù)據(jù)共享的分離映射法.首先,按照擬共享信息的功用和特點,把STEP-NC物理文件離散成一般信息結構、特征結構和操作結構3個信息單元;然后,分別采用前期綁定和后期綁定實現(xiàn)優(yōu)化式綜合映射;最后,構建STEP/XML轉換的系統(tǒng)模型.以圓孔加工為例,在 STEP-NC Machine仿真平臺上運行分離映射法與STEP/XML轉換系統(tǒng).

分離映射法;數(shù)據(jù)共享;網(wǎng)絡制造;STEP文件;EXPRESS語言;STEP/XML轉換系統(tǒng)

基于ISO 14649標準的STEP-NC程序生成器,是國際標準化組織所開發(fā)的,用來為數(shù)控設備定義數(shù)據(jù)而擴充的STEP標準.它可減少傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)加工零件的時間,消除在加工制造過程中所需的后處理器,并且能夠支持更快、更安全、更加智能的加工設備[1].近年來,國內一些高校和研究機構也對STEP-NC數(shù)控機床進行了研究,但尚處于起步階段,跟國外的研究相比有一定的差距[2].網(wǎng)絡化制造環(huán)境下,由于STEP-NC中性文件很難被產(chǎn)品數(shù)據(jù)組織之外的系統(tǒng)所理解,在網(wǎng)絡瀏覽器上也不能處理EXPRESS定義的數(shù)據(jù).另一方面,XML作為一種優(yōu)秀的網(wǎng)絡語言得到了廣泛的應用,但它在產(chǎn)品信息建模方面能力不足.因此,結合STEP-NC與XML兩者的優(yōu)點,將STEP中性文件轉換成XML格式的文件,在網(wǎng)絡上實現(xiàn)產(chǎn)品信息的處理,成為了數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)網(wǎng)絡制造的關鍵[3].文中提出并構建基于產(chǎn)品全生命周期和制造信息共享的網(wǎng)絡化協(xié)同制造系統(tǒng).

1 對STEP物理文件的分離映射

目前,主要有前期綁定和后期綁定等2種EXPRESS數(shù)據(jù)模型到XML的映射方法.前期綁定映射中,XML的標記與EXPRESS數(shù)據(jù)模型中的數(shù)據(jù)類型及其屬性直接對應,即XML中的元素對應EXPRESS中的實體型,元素屬性對應實體型的屬性.前期綁定文檔類型定義繁瑣,它要為每一個 EXPRESS模型指定一套XML標簽集(重寫一個Schema),對于子/超類型的描述很麻煩其通用性較差,但其輸出文檔結構簡潔,比較適合單一類型、特殊用途應用的定義.后期綁定映射中,XML標記與EXPRESS的元數(shù)據(jù)對象(包括實體、屬性、數(shù)據(jù)類型)相對應.由于Schema定義的XML標記與EXPRESS的元對象對應而不是與模型的數(shù)據(jù)類型對應,可以允許所有的EXPRESS模型共用一套標簽集(只需一個Schema),具有很好的通用性和可移植性,比較適合通用格式應用的定義[4].

映射方法的基本原理是在映射時,把STEP物理文件按照具體內容(特征和操作)分離成如下3個信息單元:(1)一般信息結構,包括項目日期、項目所有者、工作計劃詳細等信息;(2)特征結構,包括工件所要加工的特征標識符、形狀描述信息、位置信息、特征坐標系定義信息等特征信息及其支撐信息; (3)操作結構,包括制造特征信息、可執(zhí)行對象實體信息(每一個工步的操作信息及其支撐信息),從而實現(xiàn)對整體數(shù)據(jù)信息的映射.

分離映射時,信息單元(1)的數(shù)據(jù)實體內容(EXPRESS模型)相對固定,需要寫入XML標簽集個數(shù)相對較少.因此,對映射信息單元(1)采用前期綁定的方法.如有消息實體語句:

根據(jù)分離映射法,在映射時采用前期綁定方式把STEP-NC物理文件中的工作計劃、項目的日期和時間、項目所有者等相關信息映射成信息單元(1),并把該模型保存為“message_feature(1)_XML”,其對應XML的Scheme模型如下:

信息單元(2)全面描述工件實體等相關內容,內容變化相對較大.因此,在映射時,采用后期綁定,其EXPRESS模型如下:

映射完成后,把此XML文件保存為“workpiece_feature(2)_XML”,生成的XML文檔如下:

最后,將制造特征實體、可執(zhí)行對象實體等可執(zhí)行對象采用后期綁定映射成信息單元(3),并保存為“Operation_feature(3)_XML”.

分離映射完成后,同一個STEP文件以相同的后綴結尾,便于客服端用戶識別,并把相應信息單元按特征模型進行模塊化數(shù)據(jù)存儲.

通過對STEP物理文件的分離映射,把信息繁雜STEP信息按特征、操作等分離映射成較小的信息單元,減少了后期數(shù)據(jù)解析器的壓力.在上傳和下載數(shù)據(jù)文件時,相對較小的數(shù)據(jù)文件(信息單元)可以在網(wǎng)絡提高網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的傳播速度,減少網(wǎng)絡阻塞;而在數(shù)控加工過程中,則可以減少數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理量,提高工作效率.

2 分離映射法的STEP/XML轉換系統(tǒng)

EXPRESS到XML的分離映射是解決STEP文件向XML轉換的基礎.要實現(xiàn)對STEP物理文件的數(shù)據(jù)內容在網(wǎng)絡上的共享和傳遞,還需根據(jù)EXPRESS語言與XML語言模式匹配的關系.從面向對象的思想出發(fā),分析EXPRESS向XML語言模式匹配過程中的關系,以實現(xiàn)對物理文件的XML描述[5],二者的基本對應關系如表1所示.

表1 EXPRESS語言和XML語言的對應關系Tab.1 Relations on EXPRESS and XML language

基于分離映射法的STEP/XML轉換系統(tǒng),如圖1所示.根據(jù)STEP Part28,STEP Part21,STEP Part203規(guī)則,結合EXPRESS表示的產(chǎn)品信息模型,建立XML表示的產(chǎn)品信息模型;同時,對STEP文件的結構、格式、語法及語義進行分析,建立STEP語法規(guī)則.當有具體的STEP文件導入該系統(tǒng)時,應用編譯原理中定義范式的BNF技術對導入的STEP文件進行詞法分析、語法分析及語義分析,并采用分離映射法把STEP物理文件映射成不同的信息單元;然后,將結果傳遞到數(shù)據(jù)轉換器.數(shù)據(jù)轉器會首先查找該文件的Express模式文件,再查找 Express模式文件對應的XML模式文件,提取出相應的數(shù)據(jù),調用XML模式文件生成相對應的XML文檔,并存儲相應的數(shù)據(jù)信息[6-7].

圖1 STEP/XML轉換系統(tǒng)Fig.1 STEP/XML conversion system

3 應用實例

圖2 圓孔加工實例Fig.2 An examp le for running the hole

以在一個平面加工圓孔為例說明分離映射法.孔的直徑為25 mm,孔深度為50,孔內表面粗糙度為3.2,孔中心到X-Y面的距離為50 mm,如圖2所示.加工孔的部分STEP-NC代碼如下:

將映射后的信息單元以樹形結構保存在網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫中,加工該零件時由網(wǎng)絡服務器傳輸相應的文件并由解析器解析;然后,加入相應的刀具信息、工部工藝信息,生成AP238文件,并在STEP_NC ma-chine上進行仿真加工,如圖3所示.

仿真結果驗證,分離映射法在數(shù)控加工上是可行的,并且在一定程度上提高了數(shù)控加工的效率.

圖3 仿真實驗平臺Fig.3 Simulation experiment platform

4 結束語

在分析網(wǎng)絡制造與數(shù)據(jù)共享技術的基礎上,構建了基于優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸與共享的網(wǎng)絡體系,研究了 EXPRESS到XML的映射機制,提出新的映射方法——分離映射法.仿真實例表明,分離映射法與STEP/XML轉換系統(tǒng)是可行而高效的.

[1]任翀,王鵬飛,王濤.基于STEP-NC的數(shù)控加工技術研究[J].機械設計與制造,2007(5):105-107.

[2]杜娟.基于STEP-NC的CNC系統(tǒng)及其關鍵技術研究[D].西安:西北工業(yè)大學,2006.

[3]賈虹,盧炎麟,周曉,等.協(xié)同設計中基于XML語言和STEP標準的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術[J].輕工機械,2008,26(3): 115-117.

[4]張勤,顧立志.基于STEP-NC和XML的數(shù)控編程及網(wǎng)絡傳輸[J].華僑大學學報:自然科學版,2010,31(1):12-15.

[5]機械工業(yè)部北京機械自動化研究所.GB/T 16656.11-1996工業(yè)自動化系統(tǒng)與集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達和交換:第11部分:描述方法:EXPRESS語言參考手冊[M].北京:中國標準出版社,2004.

[6]中國標準化研究院.GB/T 16656.21-2008工業(yè)自動化系統(tǒng)與集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達和交換:第21部分:實現(xiàn)方法:交換文件結構的純正文編碼[M].北京:中國標準出版社,2009.

[7]蔡長韜.基于STEP/XML的集成化工藝信息描述方法研究[J].計算機集成制造統(tǒng),2008,14(5):912-917.

(責任編輯:黃曉楠英文審校:崔長彩)

Separate-Mapping Method in Data Share Orientating the Network Manufacturing

WU Hao,GU Li-zhi,HONG Qi
(College of Mechanical Engineering and Automation,Huaqiao University,Quanzhou 362021,China)

Stress is on the mapping mechanism from the standard description language of STEP-NC-EXPRESS to XML,p resenting the separate-mapping method being transmitted in and date shared orientating the network.First,divide the physical file of STEP-NC into three structure elements,namely the general information structure,the feature information structure and the operating information structure,according to the function and feature of the information to be shared.Then,realize the optimally comprehensive mapping with the early binding and the late binding.Finally,build up STEP/XML conversion system.An example is given for component with a hole in running the separate mapping method on the STEP-NC machine simulation platform.

separate mapping method;date sharing;network manufacturing;STEP file;EXPRESSS language;STEP/ XML conversion system

TP 391.73

A

1000-5013(2011)02-0140-05

2010-07-17

顧立志(1956-),男,教授,主要從事制造自動化、先進金屬切削技術和數(shù)字化制造技術的研究.E-mail:gulizhi888@163.com.

福建省自然科學基金資助項目(2010J01295);福建省泉州市科技計劃基金資助項目(2007G9,2008G5)